„Šta je bilo prvo, kokoška ili jaje?“ Naučnici su se dugo suočavali sa sličnim pitanjem o tome kako se ljudski adenovirus replicira: „Šta je prvo, sastavljanje virusne čestice ili pakovanje virusnog genoma?“
Sada, u novoj studiji objavljenoj danas u časopisu Nature, istraživači iz Dečje bolnice u Filadelfiji (CHOP) odgovorili su na to pitanje, pokazujući da virusni proteini koriste proces koji se naziva fazno razdvajanje za koordinaciju proizvodnje virusnog potomstva.
„Ova studija odgovara na fundamentalno važno pitanje: kako virusna nukleinska kiselina ulazi u česticu tako da se virusno potomstvo može isporučiti ćelijama“, rekao je dr Metju Čarman, naučni saradnik u Veitzman laboratoriji u Dečjoj bolnici u Filadelfiji. . „Ovi nalazi imaju široke implikacije, od potencijalnih terapijskih intervencija do poboljšane isporuke genske terapije, pored proširenja našeg razumevanja osnovne biologije ćelije.“
Virusi otimaju ćelijske procese domaćina da bi se replicirali i proizveli zarazno potomstvo koje je ključno za širenje i prenošenje virusa. Da bi to uradili, oni moraju i replicirati svoje virusne genome i spakovati te genome u virusne čestice, tako da se infektivni ciklus može nastaviti. Međutim, malo se zna o tome kako su replikacija genoma, sastavljanje čestica i pakovanje genoma koordinirani u prepunoj nuklearnoj sredini.
„Ako razmišljamo o replikaciji virusa kao o staromodnoj liniji za sklapanje mleka, znamo kako se formiraju flaše za mleko i da izlaze napunjene, ali pre ove studije, proces njihovog punjenja je bio pomalo crna kutija“, rekao je stariji autor dr Matthev D. Veitzman, profesor na CHOP-ovom odsjeku za patologiju i laboratorijsku medicinu.
„Naši nalazi sugerišu da se virusna čestica formira oko virusnog genoma. Proširujući analogiju, mnogi su pretpostavili da se boca mora napraviti pre nego što se napuni, ali se ispostavilo da se boca zapravo formira oko mleka. Predvođena dr Čarmanom, pokazali smo da biofizički proces poznat kao razdvajanje faza omogućava da se ovaj proces odvija na uredan, koordinisan način.“
Novi dokazi sugerišu da se odeljci bez membrane formiraju unutar ćelija zaraženih virusom razdvajanjem faza. Ovi odeljci bez membrane, poznati kao biomolekularni kondenzati (BMC), mogu regulisati biološke procese koncentrišući ili sekvestrirati biomolekule u obogaćenoj gustoj fazi, dok ograničavaju njihovu koncentraciju u svetlosnoj fazi.
Iako su BMC povezani sa nekoliko virusnih procesa, nije bilo dovoljno dokaza da razdvajanje faza funkcionalno doprinosi sastavljanju infektivnog virusnog potomstva u inficiranim ćelijama.
Da bi istražili potencijalnu ulogu BMC-a u ovom procesu, istraživači su proučavali adenovirus, virus DNK koji se replicira nuklearno. Pošto su proteini adenovirusa uključeni u replikaciju genoma različiti od onih koji su uključeni u sastavljanje čestica i pakovanje genoma, istraživači su zaključili da bi im fokusiranje na ovaj virus omogućilo da seciraju i lakše identifikuju ulogu razdvajanja faza u specifičnim virusnim procesima.
Kroz različite tehnike, uključujući obeležavanje homopropargilglicinom (HPG) i hemiju klika fluorofora, istraživači su pokazali da protein adenovirusa 52 kDa — namenski protein za sklapanje/pakovanje — pravi sopstvene strukture bez membrane kroz fazno razdvajanje i igra ključnu ulogu u koordinisanoj sklapanje novih infektivnih čestica.
Oni su pokazali da ne samo da protein od 52 kDa organizuje virusne kapsid proteine u nuklearne BMC, već i da je ova organizacija neophodna za sastavljanje kompletnih, upakovanih čestica koje sadrže virusne genome.
Pored toga, istraživači su izveli eksperimente sa mutiranim adenovirusom kome nedostaje protein od 52 kDa i pokazali su da se nekompletni kapsidi formiraju u odsustvu virusnih BMC. Stoga su istraživači uspeli da pokažu da promenom formiranja ovih struktura bez membrane unutar ćelije, „linija sklapanja“ koja proizvodi virusno potomstvo više ne funkcioniše ispravno.
„Sada znajući ove korake, postavlja se pitanje: možemo li reinženjering virusa zasnovanih na ovom biološkom procesu da, na primer, postanu bolja sredstva za isporuku inovacija kao što je genska terapija?“ Dr Charman je rekao. „Razumevanje načina na koji se prave virusi otvara svet u kome ne samo da bismo mogli potencijalno efikasnije ciljati te viruse u budućnosti, već i kreirati alate za gensku terapiju kojima nedostaju ograničenja trenutnih pristupa isporuci.“
